Convertitore catalitico

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Sezione di una marmitta catalitica per autoveicoli

Il convertitore catalitico, conosciuto come marmitta catalitica, è un dispositivo catalizzatore montato sull'impianto di scarico di un motore a combustione interna, che opera preferibilmente tra i 180 e 380 °C[1].

Introduzione[modifica | modifica wikitesto]

Questo elemento funge da abbattitore delle emissioni nocive di gas di scarico del motore, favorendo la completa ossidazione e riduzione dei gas di scarico, inoltre contribuisce assieme al silenziatore a ridurre il rumore di scarico.
Tale abbattimento consiste nel promuovere, tramite un'apposita spugna di materiale catalitico, la completa ossidazione dei gas di scarico, convertendo gli idrocarburi incombusti (CnHm), gli ossidi di azoto (NO) e il monossido di carbonio (CO) in anidride carbonica (CO2), acqua (H2O) e azoto (N2).

Il convertitore catalitico[modifica | modifica wikitesto]

Costruzione[modifica | modifica wikitesto]

L'elemento attivo nella depurazione dei gas di scarico emessi da un motore termico (alimentazione: diesel, gas naturale, propano, biogas, benzina, biodiesel, olio vegetale) è costituito da un corpo dotato di centinaia di piccoli canali, oppure in passato da sferette di ceramica, che permettono il passaggio del gas di scarico attraverso gli interstizi; questo corpo può essere in metallo oppure in ceramica.

Su di esso viene depositato uno strato aggrappante e poi viene depositato per impregnazione e successiva cottura in forno il metallo nobile (platino, palladio, iridio), in quantità ben determinate.

Dimensionamento[modifica | modifica wikitesto]

Un convertitore catalitico (meglio definirlo come depuratore catalitico) deve essere dimensionato con i seguenti parametri:

  • Potenza del motore,
  • Portata gas,
  • Temperatura dei gas,
  • Carburante,
  • Tipo di alimentazione,
  • Inquinanti da abbattere (CO, HC, NOx)[2],
  • Livello degli inquinanti,
  • Livello da raggiungere dopo il catalitico,
  • Massima contropressione ammessa.

Tipologia[modifica | modifica wikitesto]

Generalmente assume forme diverse a seconda del tipo di veicolo:

  • Elemento catalizzatore (marmitta catalitica compatta), questo non è altro che un corpo cilindrico da inserire lungo lo scarico, fino all'ingresso del silenziatore, senza alterare la struttura e forma del sistema di scarico.
  • Marmitta catalitica, è un corpo di dimensioni simili al silenziatore, ma di dimensioni più contenute e posizionato tra il collettore di scarico e il silenziatore.

I tipi di convertitore[modifica | modifica wikitesto]

Un convertitore catalitico può essere ossidante, riducente o trivalente.

  • Riducente (detto one-way in quanto agisce sul principale inquinante): usato per i motori diesel, a base di rodio (Rh), in grado di ridurre gli ossidi di azoto (NOx) in ossigeno ed azoto.
  • Ossidante (detto Two-way in quanto agisce sui due principali inquinanti): usato per i motori ad accensione comandata, a base di Platino e/o Palladio, in grado di ridurre monossido di carbonio (CO) ed idrocarburi incombusti (HxCx); in alcuni mezzi, che non usano la sonda lambda, si ha anche un circuito che immette aria prima del catalizzatore, in modo da permettere una seconda combustione nel catalizzatore, ottenendo gli stessi risultati dei sistemi con sonda lambda, ma generalmente si ha un consumo di carburante più elevato.
  • Trivalente o Ossidante e riducente (detto three-way in quanto agisce sui tre principali inquinanti); caratterizzato da un primo catalizzatore riducente e da un secondo catalizzatore ossidante, è impiegato nei motori a benzina ed a gas con combustione stechiometrica e dotati di controllo lambda si differenzia a sua volta in due tipi
    • Il catalizzatore a ciclo aperto
      nei dispositivi dove si usa l'ossido di cerio (CeO2), che immagazzina l'ossigeno in eccesso nei gas di scarico in condizioni di miscela magra e successivamente viene rilasciato durante le fasi di miscela ricca, ha un rendimento non costante in funzione del regime del motore. L'ossigeno è fondamentale per il secondo catalizzatore ossidante, in modo d'ossidare CO e idrocarburi incombusti e trasformarli in elementi meno inquinanti, altri sistemi invece adottano un circuito d'aria secondario, per quest'ultima purificazione.
    • Il convertitore catalitico a ciclo chiuso
      è in grado di ottimizzare la conversione grazie alla sonda lambda, che inviando la rilevazione dell'O2 ad una centralina elettronica, permette a questa di variare la quantità di benzina immessa nella camera di combustione, in modo da riportare il rapporto di miscela (kg aria/kg combustibile) entro l'intervallo di efficienza ottimale del catalizzatore o meglio conosciuto come lambda 1.

Un catalizzatore ossidante può essere usato anche in applicazioni speciali quali abbattimento odori da torrefazione di caffè o ossidazione di idrocarburi nel trattamento di terreno inquinato.

La sonda lambda[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Sonda lambda.

La sonda lambda è necessaria per conoscere se i gas di scarico presentano del combustibile incombusto o sono in eccesso d'ossigeno, per mantenere il rapporto di miscela (kg aria/kg combustibile) entro l'intervallo di efficienza ottimale del catalizzatore meglio conosciuto come lambda 1 (dosatura stechiometrica).

Le attuali tipologie di sonda lambda non sono tra loro compatibili.

La doppia sonda lambda[modifica | modifica wikitesto]

L'utilizzo di una doppia sonda lambda permette d'avere un quadro più preciso sul funzionamento del motore e una sua correzione più veloce. Questo sistema è stato introdotto con la direttiva 98/69 CEE (a partire dalle omologazioni del 01/01/2000) per il controllo dell'efficacia del catalizzatore; le due sonde sono montate rispettivamente a monte e a valle del dispositivo.

La sonda lambda invia un segnale a doppio stadio (presenza o assenza d'ossigeno): con l'uso di una sola sonda, la centralina (ECU) deve perennemente lavorare sulla correzione dei valori d'iniezione e d'accensione. L'uso di due sonde permette d'avere una campionatura più veritiera e di aumentare la durata del sistema, dato che i sensori con l'invecchiamento tendono a variare la loro sensibilità. In questo modo è possibile avere un funzionamento più costante del motore, con correzioni più graduali, precise, distanziate tra di loro nel tempo. La presenza della sonda a valle consente inoltre di ricevere un indice sull'efficienza del catalizzatore: finché le sonde rilevano valori differenti, la centralina è a conoscenza del fatto che il catalizzatore ancora riesce ad influire la reazione chimica dei gas di scarico. Quando invece i valori a monte e a valle del catalizzatore sono identici, significa che la sua efficacia è esaurita, ed è quindi possibile segnalare il problema tramite una spia luminosa.

Il motore[modifica | modifica wikitesto]

Il motore per poter utilizzare tale elemento, senza perdere in modo eccessivo le sue prestazioni, deve avere determinati accorgimenti:

  • Deve utilizzare un incrocio delle valvole leggermente maggiore, così come l'anticipo d'apertura per le valvole di scarico, dato che il catalizzatore per via delle sue caratteristiche costituisce una strozzatura, che rallenta la fuoriuscita dei gas di scarico.
  • Avere un controllo della combustione dettagliato e preciso, con l'utilizzo di unità di controllo in modo da poter regolare (grazie all'utilizzo della sonda lambda) sia il rapporto stechiometrico per non rovinare il catalizzatore con il carburante incombusto, che la fasatura d'accensione, in modo da garantire sempre una combustione ottimale e completa.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Il problema delle emissioni nei cogeneratori dotati di motori a combustione interna:evoluzione in corso
  2. ^ Combustibili e combustione (pagina 47)

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

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Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]